Cargnelutti
Le moteur à six temps

 

Lorsque J.J.Coro, webmestre du site http://motosdfr.free.fr/ consacré à DFR et Dresh, m'a transmis, parmi tant d'autres, la copie de l'article évoquant le moteur Cargnelutti, je n'ai pas immédiatement réalisé ce dont il s'agissait.
Ce n'est qu'en relisant attentivement l'article que la "chose" a attiré mon attention. On ne peut pas dire, pourtant, que le moteur, vu de gauche comme de droite - ci-contre - ait, en soi, un aspect anodin et traditionnel ! Voici, ci-dessous, le texte complet de l'article en question, daté de 1930, censé nous en faire connaître le fonctionnement :

"La combinaison des cycles est obtenue au moyen de deux éléments moteurs travaillant selon deux cycles différents.
La chambre d'explosion est unique. Il y a deux cylindres en tandem et deux pistons de diamètre différent.
Le piston qui a le plus gros diamètre se déplace a un régime double de celui du piston de plus faible alésage.
Le premier fonctionne selon le cycle à quatre temps, le second selon le cycle à deux temps.
Les illustrations permettent de se rendre compte de la disposition des organes.
Le fonctionnement est le suivant : 
L'aspiration se produit quand le piston de l'élément à quatre temps se déplace à partir du point mort haut.
Pendant ce temps, le piston de l'élément à deux temps accomplit la moitié de sa course à partir du point mort bas.
Par suite de la différence du diamètre des deux pistons, il se produit une dépression qui est comblée par les gaz qui arrivent par la lumière découverte par le piston et le distributeur rotatif.
Quand le mouvement inverse se produit pour le piston de l'élément à quatre temps nous avons le temps de compression au cours duquel le piston de l'élément à deux temps achève sa course et a masqué la lumière d'admission.
Au temps de travail, les deux pistons se meuvent vers leur point mort inférieur.
Au moment où le piston de l'élément à quatre temps est au point inférieur , le piston de l'élément à deux temps arrive seulement au milieu de sa course et démasque la lumière d'échappement.
La remontée du piston de l'élément à quatre temps aide à l'expulsion des gaz.
Puis arrive dans le cylindre une chasse d'air frais propulsé  par l'élément à deux temps.
Quels sont les avantages de ce type de moteur ? C'est d'abord la prolongation des phases d'admission et d'échappement.
La commande desmodromique assure la possibilité de tourner à des régimes très élevés. Le rendement thermique est excellent, les gaz se détendent dans un plus grand espace que celui d'un quatre temps classique et pendant un temps plus long et en outre une bonne partie de l'énergie, consommée au temps d'admission et à celui d'échappement se trouve récupérée.
Bien entendu les applications de ce moteur ne sont pas limitées à la moto, mais s'étendent à toutes les branches utilisant des moteurs à explosion et en particulier de l'aviation.
"

J'ai appris par la suite, grâce à Giuseppe Cargnelutti (frère du concepteur) que ce moteur qui est un des premiers prototypes mis  en oeuvre est basé sur un moteur de marque "MM".

Doc JJ.Coro/MR
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Doc JJ.Coro/MR
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A ce texte et ces photos d'ensemble étaient jointes d'autres photos de détail, plus précises, permettant de voir certains éléments internes du moteur :
Ensemble des cylindres inférieur et supérieur Carter moteur supérieur, avec son piston. Carter moteur inférieur, avec son piston, la boite de vitesses et son levier de commande
Doc JJ.Coro/MR Doc JJ.Coro/MR Doc JJ.Coro/MR
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On distingue assez mal sur ces photos le rôle pourtant essentiel de l'arbre vertical (similaire à celui qui entraînerait, sur un moteur classique, un arbre à cames en tête) entraînant en phase le 2 temps ainsi que, simultanément, le distributeur rotatif.
J'ai mis pas mal de temps à comprendre comment fonctionnait ce "distributeur rotatif" et c'est Giuseppe Cargnelutti, frère cadet du concepteur de ce principe qui m'y a aidé, en insistant bien sur le fait que l'air d'admission ne transitait pas par le carter du "moteur 2 temps". C'est le texte de l'article d'origine de Moto-Revue (arrive dans le cylindre une chasse d'air frais refoulé par le carter de l'élément à deux temps) qui m'avait induit en erreur. Il semble bien qu'elle soit totalement erronée.
Le dit distributeur n'est pas disposé tel qu'on a l'habitude de le voir : Il fonctionne de la même manière que sue les moteurs "Knight" sans soupapes dont la jupe est mobile et la fenêtre taillée dans la jupe découvre des lumières d'admission et d'échappement.
Pour comprendre le fonctionnement de ce moteur, j'ai relu le texte phrase par phrase et j'ai pris un papier et un crayon pour décomposer les différentes phases de son fonctionnement. Après avoir reçu des indications de la part de Monsieur Cargnelutti, j'ai repris mon crayon puis j'ai ensuite retranscrit ces dessins. Je ne pouvais éviter de vous en faire profiter (je n'ai pas fait figurer les bielle sur ces schémas, qui ne leur apportaient aucune clarté supplémentaire) :
 
  1. Le piston du moteur à quatre temps est au PMH et celui du deux-temps au PMB. Le 4 temps a terminé sa phase d'échappement. La lumière du moteur 2 temps est découverte côté admission. La phase d'admission commence.

  1. Le piston du 2 temps est à la moitié de sa course et est en phase d'admission. Le transfert d'admission est obstrué et le mélange est maintenant dans le cylindre du 4 temps.

  1. Le 2 temps tournant à la moitié de la vitesse du 4 temps, a fini sa course vers son PMH et obstrue admission et échappement.
    Ici, les deux pistons sont au PMH, en phase d'explosion ou "de travail".

  1. Le piston du 4 temps est au PMB, en fin de phase d'explosion. Le 2 temps est à nouveau à la moitié de sa course et la lumière est en début de phase d'échappement.

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Le "mail" que j'ai reçu en provenance de Giuseppe Cargnelutti, frère cadet de Giovanni Cargnelutti; concepteur des moteurs mentionnés ci-dessus, contenait de nombreux et précieux documents, ainsi qu'une description des schémas qu'il m'avait transmis, rapportés si dessous.

Le moteur illustré sur votre site a été réalisé à une date antérieure à 1930, aux alentours de 1925-1926.

Il n'en existe aucune documentation à l'exception d'un article apparu en son temps dans la revue "Motociclismo" dont sont issues les photos que vous publiez et qui, presque à coup sur retrouver la trace dans les archives de la revue.

Il est certain qu'il traite de la transformation d'un moteur MM de l'époque, qui dispose d'une commande de distribution obtenue au moyen d'un arbre et de couples coniques destinés à entraîner :

1)      La commande de l'embiellage supérieur (2 temps) qui tourne à mi-vitesse par rapport au moteur MM (4 temps).

2)      La commande de distribution qui tourne au régime de l'embiellage supérieur (2 temps).

Ainsi, il apparaît évident d'après les photos présentées en page 3 de 3 où l'on peut noter comme le distributeur est commandé par l'arbre de distribution au moyen d'un couple d'engrenages cylindriques.

Le moteur a subi une évolution réalisée par Cargnelutti et en 1928 une demande de brevet industriel a été présentée, basée sur la version illustrée sur le schéma joint.

 


(Fig.1)
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Description du Schéma ci-contre  :


1)
     
Piston de l'élément à 4 temps
2)      Piston de l'élément à 2 temps
3)      Cylindre 4 temps
4)      Cylindre 2 temps
5)      Lumière de distribution (admission ou échappement)
6)      Fourreau rotatif avec engrenage (couple conique) de transmission.
7)      Engrenage double de liaison des éléments 4 et 2 temps.
8)      Axe de liaison des deux éléments 4 et 2 temps.
9)      Renvoi d'angle de lélément 4 temps
10)  Renvoi d'angle de lélément 2 temps
11)  Bielle de l'élément 2 temps
12)  Bielle de l'élément 4 temps
13)  14) 15)Engrenages de liaison des éléments 4 et 2 temps de rapport 1:2
16) Perçage de la bougie d'allumage.

 

Dans les années '30, quelques moteurs ont été réalisés selon ce schéma pour des motos comme "MotoCentauro", ont fonctionné et ont été utilisés penfant une dizaine d'années.


 (Fig.2)
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En 1936 j'ai aussi réalisé un prototype de moteur industriel dont le dessin en pièce jointe permet une meilleure description que celle effectuée précédemment.

Fig. 1) Est une vue d'ensemble phantome du moteur en question.
Fig. 2) ,2a) est une vue schématique de la phase de début d'admission.
Fig. 3),3a) est une vue analogue de la phase de compression / expansion.
Fig. 4),4
a) est la même vue supposant le moteur à l afin de la phase d'expansion et de début d'échappement.
Fig. 2a) 3a)4a) représentent la position du distributeur ou fourreau aux phases correspondantes.

 


 (Fig.2)
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Comme le montre le premier dessin de "Fig.2", (NDLR : Pour une meilleure compréhension, j'ai isolé le schéma en question) le moteur en question est constitué de deux cylindres "1" et "2" côte à côte, avec une seule chambre de combustion."3".

Dans le cylindre "1" se déplace un piston "4" connecté à une bielle "5" avec un maneton "6" et un arbre (tourillon) "7". Dans le sylindre "2" se déplace un piston "8" connecté à une bielle "10" avec un maneton "9" et un arbre (tourillon) "11"

Sur l'arbre "11" est fixé un engrenage hélicoïdal "12" et un engrenage "13" entrainant un autre engrenage "14" fixé sur l'arbre "7".

L'engrenage hélicoïdal "12" entraine à son tour un engrenage "15" fixé sur l'arbre "16".

L'arbre "16" entraine à son tour le couple d'engrenages "17" & "18" dont le dernier fait corps avec un foureau (distributeur rotatif) "19", lequel entoure le cylindre "2" en correspondance avec les lumières "20" & "21" (admission / échappement). Le même engrenage hélicoïdal "12" enrtaine un autre engrenage "22" utilisé pour la commande d'autres éléments, tels que la pompe à huile, le dispositif d'admission, l'allumage, le compte-tours, etc. 

Le fourreau "19" ( Fig. 2a,3a,4a) est réalisé de manière à présenter une ouverture destinée à masquer et découvrir les lumières d'admission et d'échappement du cylindre distributeur "2".

Après avoir décrit la constitution et la disposition des différents éléments schématisés au maximum, nous sommes maintenant en mesure de décrire le fonctionnement.

Les Figures 2 et 2° illustrent le début de la phase d'admission. Le piston "4", pour d'evidentes raisons techniques doit encore terminer sa course de décompression à cause de l'anticipation nécessaire à la préparation de cette phase.

Le piston distributeur "8" se trouve au point mort bas de manière à permettre l'ouverture de la lumière d'échappement "20" qui, selon la Fig 2°, sera fermée par le fourreau "19". Le piston "4" continue sa course vers le haut et après avoir passé le point mort haut (PMH) initialisera l'admission preoprement dite pendant que le fourreau "19" aura couvert la lumière d'échappement "20" et ouvert cette d'admission "21".

A la fin de la phase d'admission le piston distributeur "8" fermera les lumières d'admission "21" et d'échappement "20" continuant sa remontée jusqu'à se trouver dans la posiiton supérieure (PMH) au moment où, dans la hambre "3" se produira la combustion par l'action d'une bougie "standard" (Fig 3).

La Figure 4 illustre la fin de la phase d'admission. Le piston "4" se trouve à son point mort inférieur (PMB) et s'apprète à reprendre sa course ascendante pour se retrouver dans la position illustrée sur la Fig.2. Le piston distributeur "8" se trouve dans sa position basse et découvre la lumière d'échappement "20", par laquelle, avec la remontée du piston "4", peuvent être évacués les gaz d'échappement.

A ce moment le fourreau "19" couvre la lumière d'admission "21" et laisse découverte celle d'échappement "20".

Le fourreau ferme ou ouvre alternativement une ou l'autre des lumières, pendant les phases d'admission et d'échappement qui se produisent quand le piston "8" se trouve abaissé. Pendant les phases de combustuion et d'expansion par contre, le même piston "8" ferme simultanémzent les lumières "20" et "21. Ce qui implique que les engrenages "13" et "14" soient réalisés avec le juste rapport de manière à ce que l'engrenage "15" effectue quatre rotations toutes les deux roatations de l'engrenage "13". 

Comme nous l'avons déjà dit, la chambre de combustion "3" est unique, faisant communiquer les deux cylindres. La phase de détente concerne également l'élément distributeur qui pendra part au cycle actif.

La cylindrée du moteur en question, par effet du mouvement différentiel alternatif des deux pistons est variable lors du donctionnement. La présence de vastes lumières d'admission et d'échappement impliquent un rendement élevé même à hauts régimes. De même, le rendement thermique est otimisé.

En fait, la détente des gaz se produit dans un volume optimisé suite à une compression réalsiée dans une chambre exempte de points que sont les soupapes. La commande de la distribution est desmodromique avec les avantages qui en découlent.

Précisons que la précompression dans le carter de l'élément de distribution n'est pas nécessaire. 

Ce type de fonctionnement peut s'effectuer soit avec des cylindres disposés côte à côte, soit avec des cylindres opposés.

Monsieur Cargnelutti m'a également fait parvenir des "éclatés" de moteurs plus récents. En voici deux exemplaires.

 (Fig.3)
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 (Fig.4)
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Pour en savoir plus sur les derniers dessins de Giuseppe Cargnelutti : http://bepi.blog.lemonde.fr/ (en italien).

Le plus étrange n'est-il pas que ce moteur ait connu des développements de nos jours ?
Pour essayer d'en savoir plus sur le sujet, je fais part de ma "découverte" à Henk Cloosterman ( http://members1.chello.nl/~wgj.jansen/ ), spécialiste des moteurs a distribution desmodromique qui effectue des investigations de son côté. C'est un de ses correspondants qui m'a fait savoir qu'un moteur tout a fait similaire sur le principe a été développé par en Australie par "Beare Technology" ( http://www.jack-brabham-engines.com/ ), puis repris plus tard par la société "Jack Brabham Engines". Apparemment, cette société n'avait aucune connaissance des antécédents concernant leur "invention". Du moins, c'est ce qu'ils m'avaient affirmé lorsque je la leur avais signalée.
Il est étonnant, aujourd'hui de constater que "Jack Brabham Engines" ne mentionne nulle part cet élément. Peut-être pas tant que ça, en fait, lorsque l'on sait que cette société avait un temps été impliquée dans la commercialisation d'une variante de la "Quasiturbine" dont elle ne possède pas plus la paternité. Dommage. Surtout lorsque l'on porte un tel nom.

J'ai par contre trouvé un peu par hasard une autre variante de ce type de moteur en Pologne.
Andrew Felix en est l'inventeur et l'a appelé simplement "New Four Stroke". Comme pour le Cargnelutti, les soupapes sont remplacées par des pistons. Il y a ici un piston différend pour l'admission et l'échappement, travaillant de manière décalée, ce qui permet de faire abstraction du distributeur rotatif.

Pour en savoir plus : http://www.new4stroke.com/

 


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